KR20100077595A - 접착 성능이 향상된 다층 구조 이방성 도전 필름 - Google Patents

Abstract

피접착물과 이방성 도전 필름과의 계면 결합력을 향상시킨 다층 구조 이방성 도전 필름이 개시된다. 상기 이방성 도전 필름은, 절연성 접착 수지에 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자가 분산되어 있는 제1 바인더층; 절연성 접착 수지에 도전성 입자가 분산되어 있는 제2 바인더층; 및 상기 제1 바인더층과 제2 바인더층의 사이에 개재되며, 상기 제1 바인더층과 제2 바인더층을 결합시키는 절연성 접착 수지로 이루어진 접착층을 포함한다.

이방성 도전 필름, 솔젤, 실리카, 다층 구조

Description

접착 성능이 향상된 다층 구조 이방성 도전 필름{Multi layered anisotropic conductive film having advanced adhesiveness}

본 발명은 이방성 도전 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 피접착물과 이방성 도전 필름과의 계면 결합력을 향상시킨 다층 구조 이방성 도전 필름에 관한 것이다.

액정표시장치(liquid crystal display, LCD) 모듈의 LCD 패널, 인쇄회로기판(print circuit board, PCB), 드라이버 집적 회로(integrated circuit, IC)를 패키징하는 접속 재료로서, 이방성 도전 필름(anisotropic conductive film, ACF)이 사용된 것이다. 일반적으로 이방성 도전 필름은, 열경화형 접착제 중에 도전성 미립자를 분산시키고, 이를 이형 처리한 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 필름상에 코팅하여 접착 필름 형태로 제조한 z-축 도전성 접착제 필름을 의미하며, X-Y 평면 방향으로는 절연성을 지닌다.

최근, 화상표시장치가 대용량화, 고화질화 되어감에 따라, 표시장치의 치수가 대형화되고 전극은 미세화되는 경향이 있다. 그러나 이러한 소자를 패키지(package)하기 위한 전자 패키징 기술은 급속한 반도체 산업에 보조를 맞추지 못하고 있다. 따라서, 제한된 면적 내에서 보다 많은 수의 전극을 전기적으로 연결하는 이방성 도전 필름이 필요하다. 종래에는 단순히 도전성 미립자를 바인더 내에 분산시키고, 이를 피접착물과 접착시켰으나, 이러한 통상의 이방성 도전 필름을 이용하는 경우, 접착 공정에서 인가되는 열에 의해, 바인더가 유동성을 갖게 되어 이방성 도전 필름 내에 분산되어 있는 도전성 미립자들이 전극 사이로 흘러 들어가 전극간 단락을 유발할 수 있다. 또한 이방성 도전 필름과 피접착물과의 열팽창 계수 차이가 큰 경우, 열적 응력이 발생하여 열 사이클을 받을 경우, 칩 패키징 시 신뢰성 테스트 후 접착 특성이 저하될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 피접착물과의 열팽창 계수 차이가 작고, 높은 접착력을 갖는 이방성 도전 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 절연성 접착 수지에 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자가 분산되어 있는 제1 바인더층; 절연성 접착 수지에 도전성 입자가 분산되어 있는 제2 바인더층; 및 상기 제1 바인더층과 제2 바인더층의 사이에 개재되며, 상기 제1 바인더층과 제2 바인더층을 결합시키는 절연성 접착 수지로 이루어진 접착층을 포함하는, 다층 구조 이방성 도전 필름을 제공한다.

본 발명에 따른 이방성 도전 필름은, 알콕시 실란을 원료로 사용하여 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자가 분산된 바인더층으로 인해, 피접착물과의 접착 특성, 절연성 등이 향상된다. 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자의 경우, 생성되는 입자의 크기가 수십 나노미터 정도이므로, 교반 작업 과정에서 급격한 점도 상승이 이루어지지 않아 분산도 조절이 용이하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이방성 도전 필름(10)의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이방성 도전 필름(10)은, 절연성 접착 수지에 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자가 분산되어 있는 제1 바인더층(16), 절연성 접착 수지로 이루어진 접착층(14) 및 절연성 접착 수지에 도전성 입자가 분산되어 있는 제2 바인더층(12)을 포함한다.

상기 제1 바인더층(16), 제2 바인더층(12) 및 접착층(14)을 형성하는 절연성 접착 수지는, 열가소성 및/또는 열경화성 수지로서, 접착제 기능과 실리카 입자 및 도전성 입자의 매트릭스(matrix) 역할을 한다. 상기 열가소성 및/또는 열경화성 수지로는, 통상의 열가소성 및/또는 열경화성 수지를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노블락형 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐 수지, 아크릴 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리비닐알코올 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로스 수지, 케톤 수지, 스티렌 수지, 페녹시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 사용할 수 있다.

상기 열가소성 및/또는 열경화성 수지가 에폭시 수지인 경우, 상기 에폭시 수지와 함께 경화제가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 경화제로는, 상온에서 반응을 일으키지 않고, 가열 가압에 의한 상온 이상의 경화 온도에서 경화 반응을 일으키는 잠재성 경화제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 경화제는 이방 도전성 필름에 사용되는 통상의 경화제가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 이미다졸, 아민 등의 경화제 성분을 마이크로 캡슐화한 것이 사용될 수 있고, 시판된 제품을 사용할 수도 있다. 상기 경화제의 함량은, 상기 에폭시 수지 100중량부에 대하여, 통상 3 내지 40중량부이다. 상기 경화제 함량이 너무 작으면, 상기 에폭시 수지의 경화속도가 늦어지고, 상기 바인더층의 물리적 성질이 저하될 우려가 있고, 너무 많으면, 상기 에폭시의 경화속도가 너무 빨라 발열량이 많아지고 경화 수축이 발생할 우려가 있다.

상기 제1 바인더층(16)은 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자가 분산되어 있는 절연성 접착 수지로 이루어진다. 상기 제1 바인더층(16)에 분산된 실리카 입자는, IC 칩(chip) 등의 피접착물과 열팽창 계수 차이가 적어 열적 응력(온도 응력, temperature stress)을 감소시키는 역할을 하는 것으로, 상기 실리카 입자가 분산된 제1 바인더층(16)은, 이방성 도전 필름(10)과 피접착물(칩, 전극 등)의 접착력 향상에 기여하며, 피접착물의 갭으로 도전성 입자가 흘러 들어가는 것을 억제함으로써, 절연성 유지 및 전기적 단락을 방지하는 효과가 있다.

상기 실리카 입자는 알콕시 실란의 솔젤법(sol-gel process)으로 제조되며, 구체적으로는, 하기 반응식 1(R은 메틸, 에틸 등의 알킬기이다)에 따라 제조될 수 있다.

(a) Hydrolysis:

(b) Condensation:

(c) Net reaction

상기 반응식 1로부터, 상기 실리카 입자는 알콕시 실란(Si(OR)₄)이 가수 분해(hydrolysis) 및 축합(condensation) 반응을 통한 솔젤법을 통하여, 제조됨을 알 수 있다. 상기 솔젤법으로 제조된 실리카 입자는, 알콕시 실란, 알코올, 물, 촉매 등을 저온에서 교반하여 제조한 것으로, 상기 알콕시 실란은, 테트라에틸오쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate, TEOS,

), 메틸트리메톡시실리케이트(Methyltrimethoxysilicate, MTMS,

) 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 솔젤 반응 속도 및 솔젤법으로부터 생성되는 실리카 입자의 함량 정도를 조절할 수 있다. 용매로는 상기 물 및 알코올, 예를 들어, 물, 에탄올, 메탄올 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 촉매로는 염산 등의 산촉매를 사용할 수 있다.

상기 알콕시 실란, 용매 및 촉매를, 상기 알콕시 실란 100중량부에 대하여, 상기 용매 10 내지 50중량부, 바람직하게는 20 내지 40중량부, 상기 알콕시 실란 100중량부에 대하여, 상기 촉매 0.001 내지 0.01중량부, 바람직하게는 0.002 내지 0.008중량부 혼합하여, 저온(5 내지 15℃)에서 약 2시간 동안 교반함으로서, 솔젤 법으로 제조되는 실리카 입자를 포함하는 솔젤 용액을 얻을 수 있다. 상기 솔젤 용액은 상기 제1 바인더층(16)의 조성물에 포함되며, 상기 조성물을 교반 시, 솔젤 용액 내의 미반응 알콕시 실란으로부터 실리카 입자가 더욱 생성될 수 있다. 단순히 실리카 입자만을 바인더(제1 바인더층(16)의 조성물) 내에 분산시킬 경우 수십 나노미터 사이즈의 입자를 균일하게 분산시키는데 있어 제한을 받지만, 본 발명의 경우, 솔젤 용액을 바인더 내에 분산시켜, 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자가 제1 바인더층(16)에 분산되도록 한 것으로, 실리카 입자가 솔젤 용액 상태로 첨가되므로 분산성이 높고, In-situ 법으로 교반과정에서 실리카 입자가 더욱 생성되어, 균일하면서도 분산성이 높은 수십 나노미터 사이즈의 실리카 입자가 제1 바인더층(16)에 분산될 수 있다.

상기 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자의 크기는 10 내지 50nm, 바람직하게는 15 내지 45nm이고, 그 함량은, 상기 절연성 접착 수지 100중량부에 대하여, 5 내지 20중량부, 바람직하게는 10 내지 15중량부이다. 상기 입자 크기가 10nm 미만이면, 솔젤법에 의한 실리카 입자 생성이 충분히 이루어지지 않은 것으로, 미반응된 알콕시 실란의 양이 과다하게 존재하는 것일 수 있고, 50nm를 초과하면, 분산 시 실리카 입자간 응집이 발생할 우려가 있고, 이방성 도전 필름(10)이 피접착물과의 접착력 향상, 절연성 유지, 전기적 단락 방지 등의 특성을 가지지 못할 우려가 있다. 상기 입자 함량이 5 중량부 미만이면, 이방성 도전 필름(10)이 피접착물과의 접착력 향상, 절연성 유지, 전기적 단락 방지 등의 특성을 가지지 못할 우려가 있고, 20중량부를 초과하면, 분산성이 저하될 우려가 있다.

상기 제1 바인더층(16)의 두께는 3 내지 10㎛, 바람직하게는 3 내지 7㎛이다. 상기 두께가 3㎛ 미만이면, 절연성 유지 및 전기적 단락 방지 효과, 접착 능력 등이 저하될 우려가 있고, 10㎛를 초과하면, 상기 제1 바인더층(16)을 포함하는 이방성 도전 필름(10)의 전기 전도성이 저하될 우려가 있다.

상기 제2 바인더층(12)은 도전성 입자가 분산되어 있는 절연성 접착 수지로 이루어진다. 상기 제2 바인더층(12)에 분산된 도전성 입자는, 통상의 도전성 입자가 광범위하게 사용될 수 있으며, 예를 들어, 고분자에 금속을 코팅한 입자 또는 니켈, 금, 백금, 동 등의 금속 입자가 사용될 수 있다. 코팅되는 금속 성분은 1종 이상을 사용할 수 있고, 니켈, 금, 백금 등이 사용되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 입자의 크기는, 통상 1 내지 10㎛, 바람직하게는 3 내지 5㎛이며, 상기 도전성 입자의 크기가 상기 범위 내인 경우에는 접속 면적이 넓어져 전도성 접착제로 사용할 때 본래의 목적인 전기적 접속이 우수해지고, 절연성이 우수하게 된다. 상기 도전성 입자의 함량은, 상기 제2 바인더층(12)을 형성하는 절연성 접착 수지 100중량부에 대하여, 5 내지 30중량부, 바람직하게는, 5 내지 25중량부이다. 상기 함량이 5중량부 미만이면, 본 발명에 따라 형성된 이방성 도전 필름(10)이 충분한 전기 전도성을 나타낼 수 없으며, 30중량부를 초과하면, 접속회로간의 절연 신뢰성이 확보되기 힘들어 이방 도전성을 나타내지 못할 우려가 있다.

상기 제2 바인더층(12)의 두께는 5 내지 15㎛, 바람직하게는 8 내지 10㎛이다. 상기 두께가 5㎛ 미만이면, 도전성 입자가 충분하지 못하여, 이방성 도전 필 름(10)의 전기 전도성이 저하될 우려가 있고, 15㎛를 초과하면, 과도한 도전성 입자로 인하여, 피접착물(칩, 전극 등)의 갭으로 흘러 들어가는 도전성 입자가 생길 우려가 있어, 절연성 유지 및 전기적 단락 방지 효과가 저하될 우려가 있다.

상기 접착층(14)은 상기 제1 바인더층(16)과 제2 바인더층(12)의 사이에 개재되며, 상기 제1 바인더층(16)과 제2 바인더층(12)을 결합시키는 것으로, 절연성 접착 수지로 이루어진다. 상기 접착층(14)의 두께는 3 내지 10㎛, 바람직하게는 3 내지 5㎛이다. 상기 두께가 3㎛ 미만이면, 상기 제1 바인더층(16)과 제2 바인더층(12)을 결합시키기 위한 접착 능력이 저하될 우려가 있고, 10㎛를 초과하면, 상기 접착층(14)을 포함하는 이방성 도전 필름(10)의 전기 전도성이 저하될 우려가 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 이방성 도전 필름(10)의 제조방법을 설명한다. 상기 이방성 도전 필름(10)은, 제2 바인더층(12), 접착층(14), 제1 바인더층(16)의 순서로 적층하여, 라미네이팅 방법 등의 접착 방법으로 접착시켜 제조한 것이다. 여기서, 상기 접착층(14), 제1 바인더층(16) 및 제2 바인더층(12)은, 각각의 조성물을, 박리 필름(이형 필름)에 도포 후 건조시켜, 필름으로 형성시키고, 박리 필름으로부터 형성된 필름을 분리하여 얻을 수 있다. 상기 제1 바인더층(16) 조성물은, 상기 절연성 접착 수지 100중량부에 대하여, 상기 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자가 포함된 솔젤 용액 10 내지 30 중량부를 상기 절연성 접착 수지에 첨가하여 교 반함으로써 얻을 수 있다. 상기 제2 바인더층(12) 조성물은 상기 절연성 접착 수지 100중량부에 대하여, 상기 도전성 입자 1 내지 30중량부를 상기 절연성 접착 수지에 첨가하여 교반함으로써 얻을 수 있다.

상기 바인더층 및 접착층 형성용 조성물에 있어서, 상기 절연성 접착 수지가 고체인 경우, 상기 절연성 접착 수지 100중량부에 대하여, 통상 5 내지 300중량부의 용매에 용해시켜 액상으로 사용한다. 상기 용매는 통상의 극성 또는 비극성 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 극성 용매로서, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 이소부틸아세테이트 등의 에스테르계 용매, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소부틸케톤, 사이클로핵사논 등의 케톤계 용매, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 알코올계 용매 등을 사용하거나, 비극성 용매로서, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 등을 사용할 수 있다.

상기 박리 필름은, 박리가 용이한 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 종이, 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate PET) 수지 등으로 구성된 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 PET 수지 필름이 사용된다. 상기 건조는 특별히 제한되지는 않으나, 60 내지 100℃의 온도에서, 1 내지 5분 동안 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이방성 도전 필름의 사용방법을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이방성 도전 필름(10)을 상기 집적회로(20)의 범프(bump, 22) 및 인듐틴옥사이드 글라스(30)의 전극(32) 사이에 위치시킨 후, 가열 및 가압하여, 상기 이방성 도전 필름(10)이, 상기 집적회로(20) 및 인듐틴옥사이드 글라스(30)를 접착시키고, 상기 범프(22) 및 전극(32)이 도전성 입자에 의해 접속되도록 한다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예] 이방성 도전 필름의 제조

A. 접착층의 제조

페녹시 수지(제조사: 도호토카세이(東都化成), 제품명: YP-50) 45중량부, 에폭시 수지(제조사: 셀화학, 제품명: 에비코트 630) 45중량부 및 경화제(제조사: 아사히카사히, 제품명: HX3741) 10중량부를 혼합한 후, 상기 혼합물을 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 도포하고, 80 ~ 100℃의 오븐에서 약 1 ~ 3분 동안 건조시켜, 약 3 ~ 5㎛의 코팅두께를 갖는 접착층을 제조하였다.

B. 제1 바인더층의 제조

페녹시 수지(제조사: 도호토카세이, 제품명: YP-50) 45중량부, 에폭시 수지 (제조사: 셀화학, 제품명: 에비코트 630) 45중량부 및 경화제(제조사: 아사히카사히, 제품명: HX3741) 10중량부를 혼합하였다. 테트라에틸오쏘실리케이트(TEOS), 에탄올,염산을 중량비 3:1:0.001(TEOS:에탄올:염산)로 혼합하고 저온에서 2시간 가량 교반하여 제조한 솔젤 용액을, 상기 혼합물 100중량부에 대하여, 15중량부 첨가하고, 분산시켜, 제1 바인더층 조성물을 제조하였다. 상기 제1 바인더층 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 도포하고, 80 ~ 100℃의 오븐에서 약 1 ~ 3분 정도 건조시켜, 약 3 ~ 5㎛의 코팅두께를 갖는 필름 형태의 제1 바인더층을 제조하였다.

C. 제2 바인더층의 제조

페녹시 수지(제조사: 도호토카세이, 제품명: YP-50) 45g, 에폭시 수지(제조사: 셀화학, 제품명: 에비코트 630) 45g 및 경화제(제조사:아사히카사히, 제품명: HX3741) 10g를 혼합한 후, 상기 혼합물에 직경 4㎛의 금 도금 고분자 입자 8 ~ 10g 을 분산시켜, 제2 바인더층 조성물을 제조하였다. 상기 제2 바인더층 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 도포하고, 80 ~ 100℃의 오븐에서 약 1 ~ 3분 정도 건조시켜, 약 8 ~ 10㎛의 코팅두께를 갖는 필름 형태의 제2 바인더층을 제조하였다.

상기 A, B, C에서 제조된, 접착층, 제1 및 제2 바인더층을, 각각 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름으로부터 박리한 후, 제2 바인더층, 접착층, 제1 바인더층의 순서로 적층하고 라미네이팅 접착시켜, 14 ~ 20㎛ 두께의 이방성 도전 필름을 얻었다.

도 1은, 본 발명의 실시예에서 제조된 이방성 도전 필름의 단면도.

도 2는, 본 발명의 실시예에서 제조된 이방성 도전 필름과 피접착물과의 접착 전 단면도.

Claims (4)

1. 절연성 접착 수지에 솔젤법으로 제조되는 실리카 입자가 분산되어 있는 제1 바인더층;

   절연성 접착 수지에 도전성 입자가 분산되어 있는 제2 바인더층; 및

   상기 제1 바인더층과 제2 바인더층을 결합시키는 절연성 접착 수지로 이루어진 접착층을 포함하는, 다층 구조 이방성 도전 필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 절연성 접착 수지는, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노블락형 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐 수지, 아크릴 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리비닐알코올 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로스 수지, 케톤 수지, 스티렌 수지 및 페녹시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지인 것인, 다층 구조 이방성 도전 필름.
3. 제1항에 있어서, 상기 실리카 입자의 크기는 10 내지 50nm이고, 그 함량은 상기 제1 바인더층을 형성하는 절연성 접착 수지 100중량부에 대하여, 5 내지 20중량부인 것인, 다층 구조 이방성 도전 필름.
4. 제1항에 있어서, 상기 도전성 입자의 크기는 1 내지 10㎛이고, 그 함량은 상기 제2 바인더층을 형성하는 절연성 접착 수지 100 중량부에 대하여, 5 내지 30중 량부인 것인, 다층 구조 이방성 도전 필름.

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